नमक और बर्फ का अनोखा मेल: अपशिष्ट-मुक्त बिजली उत्पादन का नया तरीका

वैज्ञानिकों ने एक ऐसा नवीन तरीका खोज निकाला है जिससे नमक, बर्फ और यांत्रिक दबाव के साधारण संयोजन का उपयोग करके अपशिष्ट-मुक्त तरीके से बिजली उत्पन्न की जा सकती है। यह खोज जमे हुए वातावरण से नवीकरणीय ऊर्जा प्राप्त करने के नए रास्ते खोलती है। शोधकर्ताओं ने 15 सितंबर को प्रतिष्ठित पत्रिका नेचर मैटेरियल्स में बताया कि नमक युक्त बर्फ (लगभग 25 प्रतिशत नमक भार के अनुसार) के शंकु के आकार के टुकड़े, जो काली मिर्च के दाने से थोड़े छोटे होते हैं, लगभग 1 मिलीवोल्ट का विद्युत विभव उत्पन्न कर सकते हैं। ऐसे 2,000 शंकुओं की एक श्रृंखला लगभग 2 वोल्ट ऊर्जा दे सकती है, जो एक छोटे लाल एलईडी बल्ब को जलाने के लिए पर्याप्त है।

इस बिजली उत्पादन की प्रक्रिया को फ्लेक्सोइलेक्ट्रिक प्रभाव (flexoelectric effect) द्वारा समझाया जाता है। यह एक ऐसी परिघटना है जिसमें किसी ठोस पदार्थ पर असमान या गैर-समान यांत्रिक विरूपण (mechanical deformation) पड़ने पर वह विद्युत आवेश उत्पन्न करता है। हालाँकि शुद्ध बर्फ में बहुत कमजोर फ्लेक्सोइलेक्ट्रिसिटी होती है, जो संभवतः बिजली गिरने जैसी वायुमंडलीय घटनाओं से जुड़ी हो सकती है, लेकिन नमक की सामान्य अशुद्धि की उपस्थिति बर्फ को विद्युत धारा का कहीं अधिक प्रभावी जनरेटर बना देती है।

भौतिक विज्ञानी शिन वेन (Xin Wen) और उनके सहयोगियों ने इस शोध को आगे बढ़ाया। उन्होंने खारे पानी को शंकु और बीम के आकार में जमाया। फिर उन्होंने विशेष उपकरणों का उपयोग करके इन नमकीन बर्फ संरचनाओं को मोड़ा और उत्पन्न हुए विद्युत आवेश को मापा। यह पाया गया कि शंकु के आकार उच्च बलों को सहन कर पाए और अधिक वोल्टेज उत्पन्न किए। इसके अतिरिक्त, छोटे शंकुओं ने अधिक तनाव-प्रेरित विद्युत उत्पादन दिखाया। इस प्रकार, छोटे शंकुओं की श्रृंखलाएं नमकीन बर्फ संरचनाओं से बिजली उत्पादन को बढ़ाने की क्षमता रखती हैं।

इस प्रभाव के पीछे का मूल तंत्र बर्फ के दानों के बीच फंसी हुई नैनोस्केल तरल खारे पानी (brine) की परतों से संबंधित है। जब बर्फ को मोड़ा जाता है, तो बर्फ में दबाव प्रवणता (pressure gradients) उत्पन्न होती है जो इस आवेशित खारे पानी को संपीड़ित (compressed) क्षेत्रों से खिंचे हुए (stretched) क्षेत्रों की ओर धकेलती है। चूंकि खारे पानी में धनात्मक रूप से आवेशित आयन (cations) होते हैं, इसलिए इन आयनों की गति एक प्रवाहित विद्युत धारा (streaming electric current) बनाती है। यह स्ट्रीमिंग फ्लेक्सोइलेक्ट्रिसिटी प्रभाव नमक के कारण बर्फ की सूक्ष्म संरचना पर पड़ने वाले प्रभाव से काफी बढ़ जाता है। नमक बर्फ के दानों के आकार को कम करता है, खारे पानी की नलिकाओं की मोटाई बढ़ाता है, और ढांकता हुआ गुणों (dielectric properties) तथा आयनिक परिवहन को बढ़ावा देने के लिए जल अणुओं के व्यवहार को बदल देता है।

भले ही उत्पन्न विद्युत उत्पादन अभी भी मामूली है, यह खोज दर्शाती है कि ठंडे वातावरण में नमकीन बर्फ एक नवीकरणीय ऊर्जा स्रोत के रूप में कार्य कर सकती है, जो संभावित रूप से सेंसर या कम ऊर्जा वाले उपकरणों को शक्ति प्रदान कर सकती है। हालाँकि, इस तकनीक को रोज़मर्रा के इलेक्ट्रॉनिक्स को चलाने लायक बनाना एक बड़ी चुनौती है। उदाहरण के लिए, एक स्मार्टफोन को चार्ज करने के लिए शायद दस से सैकड़ों वर्ग मीटर आकार के बर्फीले नमक के ब्लॉक की आवश्यकता होगी। वर्तमान शोध का उद्देश्य इस बर्फ-आधारित ऊर्जा संग्राहक की दक्षता में सुधार करना और इसके पर्यावरणीय पदचिह्न को कम करना है।

कुल मिलाकर, स्वाभाविक रूप से नमकीन बर्फ में फ्लेक्सोइलेक्ट्रिसिटी की यह नई समझ न केवल संभावित टिकाऊ ऊर्जा समाधानों को आगे बढ़ाती है, बल्कि यह भूभौतिकीय घटनाओं पर भी प्रकाश डालती है। यह हमारे सौर मंडल में बर्फीले पिंडों, जैसे यूरोपा या एन्सेलेडस, के अध्ययन को सूचित कर सकती है, जिनकी विशाल सतहें नमकीन बर्फ से ढकी हुई हैं। यह एक ऐसा नया अध्याय है जो प्रकृति के सरल तत्वों से ऊर्जा निकालने की हमारी क्षमता को दर्शाता है।